CN113703124B - 一种校正双凹离轴系统同轴的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种校正双凹离轴系统同轴的方法，包括：在光学设计软件中模拟计算出主、次凹面离轴镜主点间隔距离及拟合半径；自准直法校正前置镜的光轴；确定主、次凹面离轴镜的光轴；找出主、次凹面离轴镜的母镜光轴；移动凹面离轴镜使其与主凹面离轴镜的母镜光轴重合，并且与主凹面离轴镜的主点间隔距离与模拟计算的一致，同轴校正完成。本发明的校正双凹离轴系统同轴的方法，装配过程中不确定因素少、装调效率高，装配精度高，操作简单。
Description
技术领域
本发明属于离轴光学系统技术领域，具体涉及一种校正双凹离轴系统同轴的方法。
背景技术
离轴光学系统是一种光圈的光轴与光圈的机械中心并不重合的光学系统。其中双凹离轴系统由于结构简单、无遮拦等特点，被广泛应用在各个领域。由于双凹离轴系统的主凹面离轴镜、次凹面离轴镜都是离轴镜子，光轴和机械轴不同轴，导致不能用定中心法调同轴，影响系统的成像质量。目前双凹离轴系统主要是通过干涉法和人工经验来进行装调，不确定因素多、装调效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种校正双凹离轴系统同轴的方法，其装配精度高，操作简单。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种校正双凹离轴系统同轴的方法，其特征在于：
S1：在光学设计软件中，设置出双凹离轴系统的各项光学参数，模拟计算出主凹面离轴镜10和次凹面离轴镜11的主点间隔距离及拟合半径；
S2：将前置镜1和一平面反射镜2相向放置在稳固的光学平台上，通过自准直法校正前置镜1的光轴；
S3：在前置镜1前面放入主凹面离轴镜10，前置镜1出射平行光照射在主凹面离轴镜10上；根据主凹面镜的拟合半径，初步确定凹面镜的焦点位置和设计光轴，通过读数显微镜4在主凹面离轴镜10的设计光轴上观察前置镜1里的带十字的分辨率板像，调整主凹面离轴镜10使成像清晰；
S4：将前置镜1焦点位置上的带十字的分辨率板更换成激光器3，激光器3发出的激光通过前置镜1和主凹面离轴镜10后，汇聚在主凹面离轴镜10的焦点上；
S5：将母线辅助十字工装6安装在主凹面离轴镜母镜12的理论中心位置，用内调焦望远镜7观察母线辅助十字工装6的十字点位和主凹面离轴镜10的焦点，调整母线辅助十字工装6，使得母线辅助十字工装6的十字点位和主凹面离轴镜10的焦点串成一条直线，找出主凹面离轴镜10的母镜光轴位置；
S6：根据上述方法再找出次凹面离轴镜11的母镜光轴位置；
S7：移动次凹面离轴镜11，直至主凹面离轴镜10和次凹面离轴镜11的母镜光轴位置重合，并且使得主凹面离轴镜10和次凹面离轴镜11之间的主点间隔距离与模拟计算的一致，此时次凹面离轴镜11与主凹面离轴镜10光轴一致，同轴校正完成。
进一步地，所述步骤S2中校正前置镜1的光轴包括：前置镜1出射平行光，照射在平面反射镜2上,平面反射镜2将平行光反射回前置镜1，通过人眼在前置镜1的目镜中观察自准反射回来的十字与前置镜1本身的十字是否重合，实现前置镜1光轴的校正。
进一步地，所述主凹面离轴镜10和母线辅助十字工装6的调整均包括：俯仰、方位和滚转的调整。
进一步地，在主凹面离轴镜10的背面放置光电自准直仪5，光电自准直仪5发出的平行光照射在主凹面离轴镜10的背面，光线自准反射回光电自准直仪5，监测主凹面离轴镜10的光轴变化。
进一步地，所述步骤S7中移动次凹面离轴镜11和母线辅助十字工装6的过程中，在次凹面离轴镜11的背面放置光电自准直仪5，光电自准直仪5发出的平行光照射在次凹面离轴镜11的背面，光线自准反射回光电自准直仪5，监测次凹面离轴镜11的光轴变化。
进一步地，所述步骤S7中调整主凹面离轴镜10和次凹面离轴镜11的母镜光轴位置重合包括：通过内调焦望远镜7来实时观察两个母线辅助十字工装6的十字点位和主凹面离轴镜10焦点，使三者成为一条直线。
进一步地，所述激光器3为0.02mrad绿光激光器。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明的校正双凹离轴系统同轴的方法，装配过程中不确定因素少、装调效率高，装配精度高，操作简单。
附图说明
图1是双凹离轴系统的示意图。
图2是本发明中校正双凹离轴系统同轴的方法的示意图。
图中：1、前置镜，2、平面反射镜，3、激光器，4、读数显微镜，5、光电自准直仪，6、母线辅助十字工装，7、内调焦望远镜，8、测量显微镜，10、主凹面离轴镜，11、次凹面离轴镜，12、主凹面离轴镜母镜，13、次凹面离轴镜母镜。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种校正双凹离轴系统同轴的方法，包括以下步骤：
S1：在zemax软件中，设置出双凹离轴系统的各项光学参数，模拟计算出主凹面离轴镜10和次凹面离轴镜11的主点间隔距离和拟合半径。
S2：将前置镜(1)和一平面反射镜(2)相向放置在稳固的光学平台上，前置镜1出射平行光，照射在平面反射镜2上,平面反射镜2将平行光反射回前置镜1，通过人眼在前置镜1的目镜中观察自准反射回来的十字与前置镜1本身的十字是否重合，实现前置镜1光轴的校正。
S3：在前置镜1前面放入主凹面离轴镜10，前置镜1出射平行光照射在主凹面离轴镜10上，并汇聚在主凹面离轴镜10的焦点上；根据主凹面镜的拟合半径，初步确定凹面镜的焦点位置和设计光轴，通过读数显微镜4在主凹面离轴镜10的设计光轴上观察前置镜1里的带十字的分辨率板像，调整主凹面离轴镜10使成像清晰。还可以在主凹面离轴镜10的背面放置光电自准直仪5(根据主凹面离轴镜10的加工理论要求，其背面近似为一个基准反射镜)，光电自准直仪5发出的平行光照射在主凹面离轴镜10的背面，光线自准反射回光电自准直仪5，可以监测主凹面离轴镜10在调试过程中的光轴变化。
S4：将前置镜1焦点位置上的带十字的分辨率板更换成束散角比较小0.02mrad的绿光激光器3，绿光激光器发出的激光通过前置镜1和主凹面离轴镜10后，汇聚在主凹面离轴镜10的焦点上，绿色的激光便于内调焦望远镜7的观测。
S5：将母线辅助十字工装6安装在主凹面离轴镜母镜12的理论中心位置，用内调焦望远镜7在母线辅助十字工装6的一侧观察母线辅助十字工装6的十字点位和主凹面离轴镜10的焦点(即绿色激光)，调整母线辅助十字工装6，使得母线辅助十字工装6的十字点位和主凹面离轴镜10的焦点串成一条直线，找出主凹面离轴镜10的母镜光轴位置。
S6：根据上述找出主凹面离轴镜10母镜光轴位置的方法，再找出次凹面离轴镜11的母镜光轴位置。
S7：移动次凹面离轴镜11，直至主凹面离轴镜10和次凹面离轴镜11的母镜光轴位置重合，并且使得主凹面离轴镜10和次凹面离轴镜11之间的主点间隔距离与模拟计算的一致(可以通过测量显微镜8测出主凹面离轴镜10和次凹面离轴镜11的主点实际间隔距离，调整间隔距离精度到小数点后两位后即可)，此时次凹面离轴镜11与主凹面离轴镜10光轴和一致，同轴校正完成。还可以在次凹面离轴镜11的背面放置光电自准直仪5，光电自准直仪5发出的平行光照射在次凹面离轴镜11的背面，光线自准反射回光电自准直仪5，可以监测次凹面离轴镜11移动过程中的光轴变化。还可以在调整主凹面离轴镜10和次凹面离轴镜11的母镜光轴位置重合时，通过内调焦望远镜7来实时观察两个母线辅助十字工装6的十字点位和主凹面离轴镜10焦点，使三者成为一条直线，即母镜光轴位置重合。
当主次凹面镜的同轴校正完成后，可以通过4D干涉仪验证校正结果，实测出干涉图形满足成像需求，证明此校正方法是可行的。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种校正双凹离轴系统同轴的方法，其特征在于：
S1：在光学设计软件中，设置出双凹离轴系统的各项光学参数，模拟计算出主凹面离轴镜（10）和次凹面离轴镜（11）的主点间隔距离及拟合半径；
S2：将前置镜（1）和一平面反射镜（2）相向放置在稳固的光学平台上，通过自准直法校正前置镜（1）的光轴；前置镜（1）出射平行光，照射在平面反射镜（2）上, 平面反射镜（2）将平行光反射回前置镜（1），通过人眼在前置镜（1）的目镜中观察自准反射回来的十字与前置镜（1）本身的十字是否重合，实现前置镜（1）光轴的校正；
S3：在前置镜（1）前面放入主凹面离轴镜（10），前置镜（1）出射平行光照射在主凹面离轴镜（10）上；根据主凹面镜的拟合半径，初步确定凹面镜的焦点位置和设计光轴，通过读数显微镜（4）在主凹面离轴镜（10）的设计光轴上观察前置镜（1）里的带十字的分辨率板像，调整主凹面离轴镜（10）使成像清晰；
S4：将前置镜（1）焦点位置上的带十字的分辨率板更换成激光器（3），激光器（3）发出的激光通过前置镜（1）和主凹面离轴镜（10）后，汇聚在主凹面离轴镜（10）的焦点上；
S5：将母线辅助十字工装（6）安装在主凹面离轴镜母镜（12）的理论中心位置，用内调焦望远镜（7）观察母线辅助十字工装（6）的十字点位和主凹面离轴镜（10）的焦点，调整母线辅助十字工装（6），使得母线辅助十字工装（6）的十字点位和主凹面离轴镜（10）的焦点串成一条直线，找出主凹面离轴镜（10）的母镜光轴位置；
S6：根据步骤S2至S5再找出次凹面离轴镜（11）的母镜光轴位置；
S7：移动次凹面离轴镜（11）和对应的母线辅助十字工装（6），直至主凹面离轴镜（10）和次凹面离轴镜（11）的母镜光轴位置重合，并且使得主凹面离轴镜（10）和次凹面离轴镜（11）之间的主点间隔距离与模拟计算的一致，此时次凹面离轴镜（11）与主凹面离轴镜（10）光轴一致，同轴校正完成。
2. 根据权利要求 1 所述的一种校正双凹离轴系统同轴的方法，其特征在于：所述主凹面离轴镜（10）和母线辅助十字工装（6）的调整均包括：俯仰、方位和滚转的调整。
3. 根据权利要求 1 所述的一种校正双凹离轴系统同轴的方法，其特征在于：在主凹面离轴镜（10）的背面放置光电自准直仪（5），光电自准直仪（5）发出的平行光照射在主凹面离轴镜（10）的背面，光线自准反射回光电自准直仪（5），监测主凹面离轴镜（10）的光轴变化。
4. 根据权利要求 1 所述的一种校正双凹离轴系统同轴的方法，其特征在于： 所述步骤 S7中移动次凹面离轴镜（11）和母线辅助十字工装（6）的过程中，在次凹面离轴镜（11）的背面放置光电自准直仪（5），光电自准直仪（5）发出的平行光照射在次凹面离轴镜（11）的背面，光线自准反射回光电自准直仪（5），监测次凹面离轴镜（11）的光轴变化。
5. 根据权利要求 1 所述的一种校正双凹离轴系统同轴的方法，其特征在于，所述步骤 S7 中调整主凹面离轴镜（10）和次凹面离轴镜（11）的母镜光轴位置重合包括：通过内调焦望远镜（7）来实时观察两个母线辅助十字工装（6）的十字点位和主凹面离轴镜（10）焦点，使三者成为一条直线。
6. 根据权利要求 1 所述的一种校正双凹离轴系统同轴的方法，其特征在于：所述激光器（3）为 0.02mrad 绿光激光器。
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